JP7032020B2

JP7032020B2 - 製氷機、および電子膨張弁の開度決定方法

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Publication number: JP7032020B2
Application number: JP2018021119A
Authority: JP
Inventors: 義之鵜飼; 修治嘉戸; 崇花井
Original assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: JP2019138520A

Description

本発明は、製氷機、および電子膨張弁の開度決定方法に関し、詳しくは、冷凍回路に設けられた電子膨張弁の初期開度の決定に関する。

従来の、冷凍回路に設けられた電子膨張弁の初期開度の決定に関する技術としては、例えば特許文献１に示された技術が知られている。特許文献１では、冷凍装置の起動には起動時より所定時間内において圧縮機の吐出管温度を吐出管温度センサによって検出し、検出された吐出管温度の変化を監視し、吐出管温度の変化に基づいて、冷凍装置の設置条件を反映した次回起動時の最適電子膨張弁開度を学習補正する技術が開示されている。吐出管温度が高すぎる場合は次回の電子膨張弁の初期開度に所定量を加え、逆に低すぎる場合は所定量を引く、といった具合に、初期開度を製氷１サイクルごとに漸次増減する方法が示されている。

特開平１１－１５３３６６号公報

しかしながら、従来、電子膨張弁の開度制御には個体間のバラツキ、言い換えれば、製品個体差が存在することが知られている。すなわち、通常、電子膨張弁の開度制御はステッピングモータの回転角度に応じて行われ、回転角度はパルス信号のパルス数によって制御される。しかしながら、同一のパルス数であっても、電子膨張弁の個体差や経年数等によって回転角度、すなわち、電子膨張弁の開度は必ずしも同一とはならず、ばらつくことが考えられる。
そのため、上記従来の技術では、冷凍装置の設置条件を反映した次回起動時の最適電子膨張弁の開度を演算設定できるものの、次回起動時の電子膨張弁の開度設定に、そのような電子膨張弁の開度のバラツキが考慮されているとは言えなかった。

本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電子膨張弁の初期開度のバラツキを抑制できる製氷機、および電子膨張弁の開度決定方法を提供する。

本明細書に開示される製氷機は、製氷部と冷凍回路とを備え、製氷運転と除氷運転とを繰り返す製氷機において、前記冷凍回路は、電子膨張弁と、前記電子膨張弁の開度を制御する制御部とを含み、前記制御部は、今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度を決定する決定処理を実行する。
本構成によれば、今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度が決定される。そのため、今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度として、例えば、製氷機において製氷運転中に通常行われる綿氷対策処理を開始する綿氷対策開始タイミングにおける開度を次回初期開度に決定することができる。綿氷対策開始タイミングは、製氷水の温度等に基づいて決定され、製氷水の温度は、電子膨張弁の開度制御の個体差や電子膨張弁の経年変化に依存しないパラメータである。
そのため、開度制御の個体差が大きい電子膨張弁を使用する場合であっても、今回の製氷運転中において、電子膨張弁の開度制御の個体差や電子膨張弁の経年変化に依存しないパラメータに基づいて次回初期開度を決定することによって、個体差や経年変化を気にすることなく、次回の製氷運転において、ほぼ一定で適切な初期開度を得ることができる。すなわち、電子膨張弁の初期開度のバラツキを抑制できる。また、製氷1サイクルを行うだけで適切な初期開度が得られるので、不適切な初期開度による製氷能力低下を最小限に抑えることが可能となる。

上記製氷機において、前記制御部は、前記決定処理において、今回の製氷運転中の所定のタイミングであって、製氷に係る温度に基づいたタイミングにおける電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定するようにしてもよい。
本構成によれば、今回の製氷運転中の製氷に係る温度に基づいたタイミングにおける電子膨張弁の開度が、次回初期開度に決定される。そのため、今回の製氷運転中の製氷に係る温度に基づいたタイミングを、例えば、綿氷対策開始タイミングとすることで、電子膨張弁の開度制御の個体差や電子膨張弁の経年変化に依存しない次回初期開度を決定することができる。

また、上記製氷機において、前記製氷部は、製氷水の温度を検知する製氷水温度センサを含み、前記制御部は、前記決定処理において、前記製氷水温度センサから取得した前記製氷水の温度が所定の温度に達したタイミングにおける電子膨張弁の開度を、次回初期開度に決定するようにしてもよい。
本構成によれば、製氷に係る温度として製氷水の温度が使用される。通常、製氷機には製氷水温度センサが装備されている。そのため、新たな部品を追加することなく、既設の部品を用いて決定処理を行うことができる。

また、上記製氷機において、前記製氷部は、製氷板と、製氷水を循環させる製氷水ポンプとを含み、前記制御部は、前記製氷運転中における前記製氷板での綿氷の生成を回避するために実行される綿氷対策処理であって、前記製氷水ポンプの動作を停止して前記製氷板の温度を下げる綿氷対策処理を実行し、前記決定処理において、前記製氷水の温度が前記綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度に達したタイミングにおける電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定するようにしてもよい。
本構成によれば、製氷水の温度に基づいて、綿氷対策開始タイミングにおける電子膨張弁の開度が、次回初期開度とされる。通常、綿氷対策開始タイミングおける製氷水の温度は、零度近辺、例えば、摂氏２．５度位とされる。そのため、製氷運転開始時の電子膨張弁の初期開度として、適切な開度を得ることができる。

また、本明細書に開示される電子膨張弁の開度決定方法は、製氷運転と除氷運転とを繰り返す製氷機の冷凍回路に用いられる電子膨張弁の開度決定方法であって、今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度を決定する。

上記電子膨張弁の開度決定方法において、今回の製氷運転中の所定のタイミングであって、製氷に係る温度に基づいたタイミングにおける電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定するようにしてもよい。

また、上記電子膨張弁の開度決定方法において、製氷水の温度を検知する製氷水温度センサから取得した製氷水の温度が所定の温度に達したタイミングにおける前記電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定するようにしてもよい。

また、上記電子膨張弁の開度決定方法において、前記製氷機は、製氷板と、製氷水を循環させる製氷水ポンプとを含み、前記製氷運転中における前記製氷板での綿氷の生成を回避するために実行される綿氷対策処理であって、前記製氷水ポンプの動作を停止して前記製氷板の温度を下げる綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度に、前記製氷水の温度が達したタイミングにおける前記電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定するようにしてもよい。

本発明の製氷機および電子膨張弁の開度決定方法によれば、電子膨張弁の初期開度のバラツキを抑制できる。

本発明に係る製氷機の構成を示す概略図制御部の接続構成を示すブロック図電子膨張弁の次回初期開度決定処理を示すフローチャート製氷機の運転動作を示すタイムチャート

本発明に係る一実施形態を図１から図４を参照して説明する。
１．製氷機の構成
製氷機１は、図１に示されるように、大きくは製氷部１０、冷凍回路２０、および制御部３０を備える。

製氷部１０は、製氷水タンク１１、ポンプモータ（製氷水ポンプ）１２、送水管１３、散水器１４、製氷板１５、および製氷水温度センサＳ３等を含む。
製氷水タンク１１に貯蔵された製氷水は、ポンプモータ１２によって送水管１３に供給され、送水管１３を介して散水器１４に送られる。そして、製氷水は散水器１４によって製氷板１５に供給され、製氷板１５の製氷面側を流下して製氷水タンク１１に戻る。すなわち、製氷水は、ポンプモータ１２によって循環し、循環中に製氷板１５において冷却され氷となる。
製氷水温度センサＳ３は、製氷水タンク１１内に設けられ、製氷水タンク１１内の製氷水の温度（以下、製氷水温と記す）Ｔｗを検知し、検知データを、後述する制御部３０に供給する。製氷水温Ｔｗは、「製氷に係る温度」の一例である。

また、製氷部１０は、給水管１６、給水弁１７、導水管１８、排水弁１９等を含む。給水管１６および給水弁１７を介して製氷水タンク１１に製氷水が供給され、導水管１８および排水弁１９を介して製氷水タンク１１から不要な製氷水を排水することができる。

冷凍回路２０は、周知の構成である、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発管２４、およびファンモータ２７等を含む。圧縮機２１は冷媒ガスを圧縮し、凝縮器２２は圧縮された冷媒ガスを冷却して液化させる。膨張弁２３は、液化冷媒を膨張させ、蒸発管２４は膨張した液化冷媒を気化させて製氷板１５を冷却する。その際、製氷板１５に氷が形成される。なお、本実施形態において膨張弁２３は、パルス信号Ｐｓのパルス数によって回転角度が制御されるステッピングモータＭを含み、ステッピングモータＭの回転角度に応じて弁の開度が制御される電子膨張弁である。

また、冷凍回路２０は、ホットガス弁（ＨＶ）２５およびバイパス管２６を含む。バイパス管２６は、圧縮機２１と蒸発管２４との間を接続し、除氷運転時にホットガス弁２５を開いて高温の冷媒ガスを蒸発管２４に供給する。

また、冷凍回路２０は、蒸発管２４の入口の冷媒温度ｅｖａｉｎＴを検出するための入口温度センサＳ１、および蒸発管２４の出口の冷媒温度ｅｖａｏｕｔＴを検出するための出口温度センサＳ２と、を含む。冷媒温度ｅｖａｉｎＴおよび冷媒温度ｅｖａｏｕｔＴは、製氷運転時において電子膨張弁２３の開度を、例えば、過熱度によって制御する際に使用される。

制御部３０は、製氷機全体の各機器の制御を行うものであり、後述する電子膨張弁２３の開度制御を行うとともに、綿氷対策処理を行う。綿氷対策処理は、製氷運転中における送水管１３内に綿氷（不完全な氷）が生成されて送水管１３が詰まることを回避するために実行される処理である。

制御部３０は、ＣＰＵ３１およびメモリ３２を含む。メモリ３２には、ＣＰＵ３１が実行する各種のプログラムが格納されている。また、メモリ３２には、プログラム実行中に取得、および算出した各種データが格納される。

制御部３０は、図２に示されるように、ポンプモータ１２、製氷水温度センサＳ３、圧縮機２１、電子膨張弁２３、ホットガス弁２５、入口温度センサＳ１、および出口温度センサＳ２等に、電気的に接続されている。

２．製氷機の運転処理
次いで、メモリ３２に格納された所定のプログラムにしたがって、制御部３０によって実行される製氷機の運転処理について図３および図４を参照して説明する。なお、製氷機の運転処理には、電子膨張弁の開度決定処理、言い換えれば、電子膨張弁の開度決定方法が含まれる。

電子膨張弁の開度決定処理（開度決定方法）においては、制御部３０は、初回（今回）の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度Ｎｖｏを決定する決定処理を実行する。より詳しくは、制御部３０は、初回の製氷運転中の所定のタイミングであって、製氷に係る温度に基づいたタイミングにおける電子膨張弁の開度を、次回初期開度Ｎｖｏに決定する。

詳細には、例えば製氷機１の電源スイッチ（図示せず）がオンされると、制御部３０のＣＰＵ３１は、製氷機の運転処理において、まず初回の製氷運転の各種制御を開始する（ステップＳ１０）。このタイミングは図４の時刻ｔ１に相当し、時刻ｔ１において、ポンプモータ１２がオンされるとともに、所定の開始開度（パルス数）によって電子膨張弁２３が開かれる。ここで所定の開始開度は、定数としてプログラムによって規定されたデフォルト値であってもよいし、前回の電源スイッチのオフ時にメモリ３２の所定領域に記憶された開度であってもよい。

次いで、ＣＰＵ３１は、電子膨張弁（ＥＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｘｐａｎｓｉｏｎＶａｌｖｅ）２３の開度制御（ステップＳ２０）、および製氷水温度センサＳ３からの製氷水の温度（以下、製氷水温と記す）Ｔｗの取得（ステップＳ３０）を行う。電子膨張弁２３の製氷運転期間中の開度制御は、例えば、上記したように、過熱度に基づいて行われる。

次いで、ＣＰＵ３１は、製氷運転によって製氷水温Ｔｗが低下して、取得した製氷水温Ｔｗが綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度ＴＨ以下か否かを判断する（ステップＳ４０）。製氷水温Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨ以下でないと判断した場合、すなわち、製氷水温Ｔｗが、まだ綿氷対策温度ＴＨ以下まで低下していないと判断した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）は、ステップＳ２０の処理に戻る。この場合は、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に相当する。ここで、綿氷対策温度ＴＨは、例えば、摂氏２．５度とされる。また、綿氷対策温度ＴＨは、「製氷水の温度が所定の温度に達したタイミング」における、「所定の温度」の一例である。

一方、ＣＰＵ３１は、製氷水温Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨ以下であると判断した場合、すなわち、製氷水温Ｔｗが、綿氷対策温度ＴＨ以下まで低下したと判断した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）は、このタイミング（図４の時刻ｔ２）における電子膨張弁２３の開度（パルス数）を、次回初期開度Ｎｖｏとして採用する（決定する）（ステップＳ５０）。具体的には、ＣＰＵ３１は、図４の時刻ｔ２における、パルス信号Ｐｓのパルス数をメモリ３２の所定の記憶領域に記憶する。そして次回の製氷運転の開始時（図４の時刻ｔ５）において、メモリ３２に記憶されたパルス数によって電子膨張弁２３のステッピングモータＭを制御する（図４の矢印参照）。ここで、製氷水温Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨに達したタイミング（図４の時刻ｔ２）は、「製氷に係る温度に基づいたタイミング」の一例である。

すなわち、ＣＰＵ３１は、ステップＳ５０の次回初期開度決定処理（「決定処理」に相当）において、製氷水温Ｔｗが綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度ＴＨに達したタイミング（図４の時刻ｔ２）における電子膨張弁の開度を、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度に設定する。
このように、本実施形態においては、「製氷に係る温度」は、製氷水温Ｔｗとされ、「製氷に係る温度に基づいたタイミング」は、製氷水温Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨに達するタイミング（図４の時刻ｔ２）とされる。

次いで、製氷水温Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨに達すると、ＣＰＵ３１は、所定の綿氷対策期間中（図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）、ポンプモータ１２の動作を停止する等の綿氷対策処理を実行する。綿氷対策処理が終了すると、ポンプモータ１２を再起動させて製氷を促進させる。

製氷が完了して製氷運転が完了すると、ＣＰＵ３１は除氷運転を開始する（図４の時刻ｔ４）。除氷運転においては、ＣＰＵ３１は、ポンプモータ１２を停止させるとともに、ホットガス弁２５を開いて高温の冷媒ガスを蒸発管２４に供給する。これによって、製氷板１５に形成された氷は製氷板１５から剥離され、例えば、貯氷槽（図示せず）に貯められる。

除氷運転が終了すると、ＣＰＵ３１は、続いて次回の製氷運転を開始する（図４の時刻ｔ５）。その際、上記したように、電子膨張弁２３の初期開度は、初回の製氷運転時の時刻ｔ２における開度とされる。以下、製氷運転と除氷運転とが繰り返される。
なお、次々回の電子膨張弁２３の初期開度は、初回の製氷運転時の時刻ｔ２における開度とされてもよいし、あるいは次回の製氷運転中における綿氷対策処理の開始タイミング（図４の時刻ｔ２に相当）の開度とされてもよい。すなわち、次回初期開度Ｎｖｏは、製氷運転毎に更新されるようにしてもよいし、更新されなくてもよい。

３．本実施形態の効果
本実施形態では、製氷水温（製氷に係る温度）Ｔｗが綿氷対策温度（綿氷対策開始温度）ＴＨに達する綿氷対策開始タイミング（製氷に係る温度に基づいたタイミング）における電子膨張弁の開度が、次回初期開度Ｎｖｏとされる。
すなわち、初回（今回）の製氷運転中の製氷に係る温度に基づいたタイミングとして、綿氷対策開始タイミング（図４の時刻ｔ２）における電子膨張弁の開度（パルス数）が、次回初期開度（パルス数）Ｎｖｏに決定される。
その際、通常、綿氷対策温度（綿氷対策開始温度）ＴＨは、通常、電子膨張弁２３の開度の個体差や電子膨張弁の経年変化に依存することなく設定されるものである。また、製氷に係る温度として製氷水温Ｔｗが使用され、製氷水温Ｔｗは、電子膨張弁の個体差や経年変化には依存しないものである。すなわち、今回の製氷運転中において、電子膨張弁の開度制御の個体差や電子膨張弁の経年変化に依存しないパラメータによって、次回初期開度Ｎｖｏが決定される。

そのため、開度制御の個体差が大きい電子膨張弁２３を使用する場合であっても、個体差や経年変化を気にすることなく、次回の製氷運転において、ほぼ一定で適切な初期開度を得ることができる。すなわち、電子膨張弁２３の初期開度のバラツキを抑制できる。

また、通常、綿氷対策開始タイミング（図４の時刻ｔ２）おける製氷水温Ｔｗは、零度近辺、例えば、摂氏２．５度位とされる。そのため、製氷運転開始時の電子膨張弁の初期開度として、適切な開度を得ることができる。

また、通常、製氷機には製氷水温度センサＳ３が装備されている。そのため、新たな部品を追加することなく、既設の部品を用いて次回初期開度Ｎｖｏを決定することができる。例えば、吐出管温度センサが設けられない製氷機の場合であっても、既設の部品を用いて次回初期開度Ｎｖｏを決定することができ、それは、製氷機のコストダウンにつながる。

また、従来のように初期開度を製氷１サイクルごとに漸次増減する場合、適切な初期開度に到達するまでに何サイクルもの製氷サイクルを要してしまうこととなるが、製氷１サイクルを行うだけで適切な初期開度が得られるので、不適切な初期開度による製氷能力低下を最小限に抑えることが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、製氷に係る温度として製氷水温Ｔｗが使用される例を示したが、これに限られない。例えば、製氷に係る温度は、製氷板の温度、あるいは製氷室の温度とされてもよい。

（２）上記実施形態では、「製氷に係る温度に基づいたタイミング」は、製氷水の温度Ｔｗが綿氷対策温度ＴＨに達するタイミング（図４の時刻ｔ２）とされる例を示したが、これに限られない。例えば、「製氷に係る温度に基づいたタイミング」は、製氷水温Ｔｗが、所定温度、例えば、摂氏１０度となるタイミングとされてもよい。

（３）上記実施形態では、今回の製氷運転中の所定のタイミングであって、製氷に係る温度に基づいたタイミングにおける電子膨張弁の開度を、次回初期開度Ｎｖｏに決定する例を示したが、次回初期開度Ｎｖｏに決定態様は、これに限られない。要は、次回初期開度Ｎｖｏは、今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて決定されればよい。例えば、綿氷対策開始タイミングから１秒後の開度（パルス数）を次回初期開度Ｎｖｏに決定してもよい。

（４）上記実施形態では、今回の製氷運転を、製氷機１の運転開始後の初回の製氷運転とし、次回初期開度Ｎｖｏを、製氷機１の運転開始後の２回目以降の製氷運転の次回初期開度とする例を示したが、これに限らない。例えば、製氷機１の運転開始後の２回目の製氷運転を今回の製氷運転として、次回初期開度Ｎｖｏを製氷運転毎に決定、次回初期開度Ｎｖｏを、順次、更新するようにしてもよい。

１…製氷機、１０…製氷部、１２…ポンプモータ（製氷水ポンプ）、１５…製氷板、２０…冷却回路、２３…電子膨張弁、３０…制御部、３１…ＣＰＵ（制御部）、３２…メモリ（制御部）、Ｎｖｏ…次回初期開度、Ｓ３…製氷水温度センサ、ＴＨ…綿氷対策温度、Ｔｗ…製氷水の温度（製氷に係る温度）。

Claims

製氷部と冷凍回路とを備え、製氷運転と除氷運転とを繰り返す、製氷機において、
前記冷凍回路は、電子膨張弁と、前記電子膨張弁の開度を制御する制御部とを含み、
前記製氷部は、製氷水の温度を検知する製氷水温度センサを含み、
前記制御部は、
今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度を決定する決定処理を実行し、
前記決定処理において、今回の製氷運転中の所定のタイミングであって、前記製氷水温度センサから取得した製氷水の温度が所定の温度に達したタイミングにおける電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定する、製氷機。
請求項１に記載の製氷機において、
前記製氷部は、製氷板と、製氷水を循環させる製氷水ポンプとを含み、
前記制御部は、
前記製氷運転中における前記製氷板での綿氷の生成を回避するために実行される綿氷対策処理であって、前記製氷水ポンプの動作を停止して前記製氷板の温度を下げる綿氷対策処理を実行し、
前記決定処理において、前記製氷水の温度が前記綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度に達したタイミングにおける電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定する、製氷機。
製氷運転と除氷運転とを繰り返す製氷機の冷凍回路に用いられる電子膨張弁の開度決定方法であって、
今回の製氷運転中の電子膨張弁の開度に基づいて、次回の製氷運転における電子膨張弁の初期開度である次回初期開度を決定し、かつ
今回の製氷運転中の所定のタイミングであって、製氷水の温度を検知する製氷水温度センサから取得した製氷水の温度が所定の温度に達したタイミングにおける前記電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定する、電子膨張弁の開度決定方法。
請求項３に記載の電子膨張弁の開度決定方法において、
前記製氷機は、製氷板と、製氷水を循環させる製氷水ポンプとを含み、
前記製氷運転中における前記製氷板での綿氷の生成を回避するために実行される綿氷対策処理であって、前記製氷水ポンプの動作を停止して前記製氷板の温度を下げる綿氷対策処理を開始する綿氷対策温度に、前記製氷水の温度が達したタイミングにおける前記電子膨張弁の開度を、前記次回初期開度に決定する、電子膨張弁の開度決定方法。